JP2000357608A

JP2000357608A - 磁界発生装置

Info

Publication number: JP2000357608A
Application number: JP11167412A
Authority: JP
Inventors: Akio Nakanishi; 昭男中西; Shigemasu Okada; 重益岡田; Masaaki Aoki; 雅昭青木
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】 MRI装置、NMR装置、ESR装置用として1T以上
の磁界形成が可能で、高精度の安定した強力な均一磁界
を形成すると共に、装置の小型、軽量化が可能となる磁
界発生装置の提供。【解決手段】 Bg≦0.2T程度の磁界均一度の調整が容易
な構造からなる第二磁界発生部10の空隙内に、Bg≧1Tの
強磁界の発生が可能なヨークレス磁気回路3からなる第
一磁界発生部1を配置することにより、ヨークレス磁気
回路内の空隙には両者の総和の磁界強度が得られ、第二
磁界発生部で磁界均一度の調整を行うことにより、ヨー
クレス磁気回路内の空隙に極めて高精度の均一磁界とBg
≧1Tの強磁界が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、核磁気共鳴、電
子スピン共鳴などに用いられる磁界発生装置に係り、所
要の空隙を形成して対向配置されるヨーク型の磁界発生
装置の空隙内にヨークレス磁気回路の磁界発生装置を配
置して、ヨークレス磁気回路で得られる強磁界の均一度
を向上させ、高精度の均一度を有する1T以上の強磁界を
得ることができる、小型軽量な磁界発生装置に関する。

【0002】

【従来の技術】医療用磁気共鳴断層撮影装置(以下MRI装
置という)、化学分析用核磁気共鳴装置(以下NMR装置と
いう)、化学分析用電子スピン共鳴装置(以下ESR装置と
いう)などは、強力な磁界を形成する磁界発生装置の空
隙内に、対象物の断層イメージを得てその組織の性質ま
で描き出すことを目的としている。

【0003】MRI装置では、空隙は被検者の一部又は全部が
挿入できるだけの広さが必要であり、かつ鮮明な断層イ
メージを得るために、通常、空隙内の撮像視野内には、
0.02〜2.0Tでかつ1×10^-4以下の精度を有する安定した
強力な均一磁界を形成することが要求される。

【0004】高精度の均一磁界が得られるMRI装置用の磁界
発生装置としては、一対の板状継鉄を所定の空隙を形成
して対向配置するよう4本の円柱状継鉄にて接続支持す
る構成で、さらに一対の板状継鉄の各々空隙対向面に永
久磁石とともに磁極片を配置した構成(実公平2-44483)
が実用化されている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】最近、MRI装置、NMR装
置、ESR装置では、PなどH以外の元素を探査対象とする
構成が開発されている。これには1T以上の強磁界が必要
である。

【0006】前記の一対の板状継鉄を使用する永久磁石型の
MRI装置用磁界発生装置では、例えば所定の空隙に0.2T
を得るための構成には重さが数tonの装置となり、1Tを
得るには数10tonから100tonの重量を要するため、強磁
界を発生する永久磁石型の磁界発生装置は実用化されて
いない。比較的空隙寸法の小さなNMR装置などにおいて
も強磁界を得るために装置が大型、大重量となる問題が
ある。

【0007】この発明は、MRI装置、NMR装置、ESR装置用と
して1T以上の磁界形成が可能となる磁界発生装置の提供
を目的とし、高精度の安定した強力な均一磁界を形成す
ると共に、装置の小型、軽量化が可能な磁界発生装置の
提供を目的としている。

【0008】

【課題を解決するための手段】発明者らは、所要空隙内
に1T以上の磁界強度を有し、高精度の安定した均一磁界
が形成できる構成を目的に、磁界発生源並びに磁気回路
について種々検討した結果、筒状に永久磁石を配置した
ヨークレス磁気回路からなる磁界発生装置が小型軽量で
強磁界の発生が可能なことに着目し、これを例えば前記
の一対の板状継鉄、4本の柱状継鉄を使用した磁界発生
装置の空隙内に配置することにより、高精度の安定した
強力な均一磁界を形成すると共に、装置の小型、軽量化
が可能となることを知見した。

【0009】すなわち、この発明による磁界発生装置は、被
測定物が配置される空隙内の磁界の大半を形成する磁気
効率の高いヨークレス磁気回路からなる第一磁界発生部
と、空隙内の磁界を微調整する磁界均一度の調整が容易
な構造からなる第二磁界発生部とからなることを特徴と
している。

【0010】詳述すると、この発明による磁界発生装置は、
例えば、Bg≦0.2T程度の磁界均一度の調整が容易な構造
からなる第二磁界発生部の空隙内に、Bg≧0.5〜1Tの強
磁界の発生が可能なヨークレス磁気回路からなる第一磁
界発生部を配置することにより、実質的に永久磁石で構
成されるヨークレス磁気回路の比透磁率が1に近いこと
から、ヨークレス磁気回路内の空隙には両磁界発生部の
総和の磁界強度が得られる。また、第二磁界発生部で磁
界均一度の調整を行うことにより、ヨークレス磁気回路
内の空隙に極めて高精度の均一磁界とBg≧1Tの強磁界が
得られる。さらに、主な磁界発生源のヨークレス磁気回
路は小型軽量であることから、装置全体の小型、軽量化
が容易に達成できる。

【0011】

【発明の実施の形態】この発明による磁界発生装置の構
成を図面に基づいて詳述する。図1に示す磁界発生装置
は、第一磁界発生部1が四角筒状ヨークレス磁気回路3か
らなり、第一磁界発生部1を第二磁界発生部10の磁界発
生空隙11内に配置した構成からなる。

【0012】第一磁界発生部1は、複数の断面三角形の永久
磁石2を組み合せて四角筒状に形成したヨークレス磁気
回路3であり、図示のごとき磁化方向(図中の矢印方向)
を有する各永久磁石2を組み合せることにより、図でヨ
ークレス磁気回路3内の空隙4に上向きの磁界を発生す
る。この空隙4内の上下端の永久磁石2に近接させて傾斜
磁界コイル17が配置してある。

【0013】第二磁界発生部10は、2枚の板状継鉄12を対向
させて円柱状継鉄13で接続した構成からなり、上下の板
状継鉄12の対向面に永久磁石14を配置し、その対向する
各磁極面にはそれぞれ図1Bに示すごとき、両端に突起15
を有する磁極片16を着設してある。

【0014】この発明による磁界発生装置の特徴は、第一磁
界発生部1を構成するヨークレス磁気回路3が永久磁石の
みからなり、比透磁率が1、すなわち真空中の比透磁率
と同様であることである。

【0015】ヨークレス磁気回路3を組み立てる際、または
第二磁界発生部10の磁界発生空隙11内に第一磁界発生部
1を配置するには適宜支持材を用いることになるが、保
持するために磁性体を用いることは、上記の特徴を損な
う。すなわち第一磁界発生部1を構成するヨークレス磁
気回路3の比透磁率が1よりも大きくなり、空隙に形成さ
れる磁界の強度、均一度に乱れが生ずる。上記の組立・
保持のためには非磁性材を使用することが好ましい。

【0016】また、傾斜磁界コイルによる渦電流の発生を考
慮すると、上記の支持材は非磁性材であるとともに非金
属が好ましく、FRP、ベークライト、合成樹脂等が最も
好ましい。また、永久磁石2の組立は、絶縁性樹脂から
なる接着剤等で接着固定するとともに上記の非金属材料
にて補強するとよい。

【0017】上記の構成において、第二磁界発生部10の磁界
発生空隙11内に第一磁界発生部1が配置され、第一磁界
発生部1内の空隙4が被測定物を配置する空隙となる。こ
こでは、空隙4内の磁界の大半を形成する磁気効率の高
いヨークレス磁気回路3が発生する磁界に、第二磁界発
生部10の磁気回路が発生する磁界が重ねられて強磁界が
形成される。

【0018】空隙4内の磁界均一度を要求される精度まで調
整することは、ヨークレス磁気回路3自体では困難であ
り、第二磁界発生部10の磁気回路において、磁極片16の
構成や形状の選択、磁極片16あるいは永久磁石14への永
久磁石片や他の磁性材料片、例えば鉄片などの磁化調整
片(シム)の配置など、公知の種々手段を採用して磁界調
整を行い、所定の均一度を得ることができる。

【0019】従って、図1のごとく第一磁界発生部1と第二磁
界発生部10が離れているほうが磁界調整作業がしやす
い。また、傾斜磁界コイル17は、図示のごとく第一磁界
発生部1の空隙4内に配置してもよいが、第一磁界発生部
1の比透磁率が1であることから、第一磁界発生部1と第
二磁界発生部10との間に配置することが可能となり、空
隙4内のスペースを確保する上で好ましい。

【0020】図2に示す磁界発生装置の構成は、図1に示す構
成と同等の第二磁界発生部10の磁極片16,16間に、第一
磁界発生部1を構成するヨークレス磁気回路5を配置し、
各磁極片16に近接して傾斜磁界コイル17を配置した構成
からなる。

【0021】第二磁界発生部10の磁極片16には、前記の図1B
に示すごとく、板状磁極片の短辺または長辺側部の両端
に突起を設けた構成、あるいは板状磁極片の外周部に環
状突起を設けた構成などを採用できる。

【0022】図2に示すヨークレス磁気回路5は、断面台形の
永久磁石6を組み合せて八角筒状に組み立てた構成から
なり、図示のごとき磁化方向(図中の矢印方向)を有する
各永久磁石6を組み合せることにより、図でヨークレス
磁気回路5内の空隙7に上向きの磁界を発生する。

【0023】上記構成からなる磁界発生装置において、被測
定物が配置される空隙7内の磁界の大半は、磁気効率の
高いヨークレス磁気回路5で発生した磁界であり、空隙7
内の磁界を微調整する磁界均一度の調整が容易な構造か
らなる第二磁界発生部10の磁界が加えられて、1T以上の
強力でかつ高精度の均一度を有した磁界が得られる。

【0024】この発明において、第一磁界発生部を構成する
ヨークレス磁気回路は、複数の永久磁石を磁化ベクトル
が閉回路をなすように配置されているため、実質的に外
部への漏洩磁束はなく、第二磁界発生部を構成する永久
磁石や磁極片と接触しても離れていても、得られる効果
は同一である。

【0025】ヨークレス磁気回路の構成としては、前述の図
1の構成、すなわち図3に斜視図を示す構成(特表平5-501
940号公報、USP 4,994,777)の他、種々の構成が採用で
きる。例えば図4に示す所定の磁化方向を有する12個の
断面三角形の永久磁石を組み合せて四角筒状に組み立て
たヨークレス磁気回路(EPA 0467437A1)、これは図1の構
成よりも磁界が小さな空隙を形成するのに有効な磁気回
路である。

【0026】また、前述の図2に示す所定の磁化方向を有す
る断面台形の永久磁石を組み合せて八角筒状に組み立て
た構成からなるヨークレス磁気回路の他、この構成にお
いて、図5に示すように両端の磁石厚みを増大させた構
成(特開平3-82447)も採用可能である。

【0027】この発明において、第二磁界発生部の磁気回路
を構成するヨーク(継鉄)として、図1、図2で採用した2
枚の板状継鉄を対向させて円柱状継鉄で接続支持した構
成の他、4枚の板状継鉄を組み合せて四角筒にする構成
や、六角筒にする構成(特開平5-326252など)、3方を開
放した縦断面をC型にする構成(特開平8-45729など)など
公知のいずれの構成のものも採用できる。

【0028】要するに、第二磁界発生部は、第一磁界発生部
を介して対向配置する一対の磁界発生手段を有する構成
であればよく、磁界発生手段も永久磁石に限らず鉄心に
電磁コイルを巻付けた電磁石(常伝導磁石、超伝導磁石
を含む)などいずれのものも採用できる。

【0029】また、第二磁界発生部での発生磁界強度が小さ
く、磁界均一度の調整を主たる目的としてこれを採用す
る場合は、磁界発生手段として電磁コイルのみを配置し
てもよく、さらには、図1、図2の構成で永久磁石又は磁
極片の外周部に電磁コイルを配置して併用することも可
能である。

【0030】

【実施例】実施例1 図1に示す構成、すなわち第二磁界発生部(構成2)とヨー
クレス磁気回路(構成A)とからなるこの発明による磁界
発生装置と、この発明の第二磁界発生部のみの従来と同
様構成からなる比較の磁界発生装置(構成1)とを、Fe-B-
Nd系永久磁石を用いて作製した。

【0031】この発明による磁界発生装置と比較の装置と
は、被測定物を入れるための空隙距離を300mmとし、こ
の空隙内の設定磁界強度(Bg)を1.0Tとして、中心直径10
0mm内の磁界均一度をほぼ同等になるよう磁界調整を施
して作製した磁界発生装置の全重量を表1に示す。

【0032】なお、ヨークレス磁気回路の外形は縦600×横6
00×長さ600mmである。従って、第二磁界発生部(構成2)
の空隙距離を650mmに設定し、これにヨークレス磁気回
路を配置して、磁界均一度を60ppmとなるように第二磁
界発生部の磁界調整を行った。

【0033】

【表1】

【0034】表1に明らかなように、1.0Tを得るのに従来の
磁界発生装置は装置重量が40tonであるのに対して、こ
の発明による磁界発生装置は17.5tonと大幅に軽量化で
きることが分かる。

【0035】実施例2 図2に示す構成からなるこの発明による磁界発生装置をF
e-B-Nd系永久磁石を用いて作製した。第一磁界発生部の
ヨークレス磁気回路は外径100mm、長さ80mm、空隙距離2
0mmで、Bg=1.6Tを発生していた。また、磁界均一度の調
整用の第二磁界発生部は磁極片対向距離を120mmに設定
して、Bg=0.05Tを発生していた。第二磁界発生部内に第
一磁界発生部を配置した図2の構成に組み立て第二磁界
発生部に磁界調整を施したところ、第一磁界発生部内の
空隙に、1.65Tの磁界と中心直径5mm内で20ppmの均一度
を得た。

【0036】

【発明の効果】この発明による磁界発生装置は、被測定
物が配置される空隙内の磁界の大半を形成する磁気効率
の高いヨークレス磁気回路の第一磁界発生部を、空隙内
の磁界を微調整する磁界均一度の調整が容易な構造から
なる第二磁界発生部内に配置したことにより、ヨークレ
ス磁気回路が永久磁石のみからなり、比透磁率が1であ
るため、空隙内の磁界は両磁界発生部による磁界の総和
となり、容易に強磁界が得られる装置を提供できる。

【0037】また、この発明は、所要空隙の磁界強度を1T以
上と設定し、小型軽量化を目的とした場合、第二磁界発
生部にて形成する磁界強度を0.5T未満、好ましくは0.2T
以下にし、第一磁界発生部にて形成する磁界強度が0.5T
以上、好ましくは第一磁界発生部にて形成する磁界強度
を1T以上とすることにより、従来に比較して著しく小型
軽量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】この発明による磁界発生装置の構成を示す説明
図であり、Aは全体構成、Bは磁極片構成を示す。

【図2】この発明による磁界発生装置の他の構成を示す
説明図である。

【図3】ヨークレス磁気回路の構成を示す斜視説明図で
ある。

【図4】ヨークレス磁気回路の他の構成を示す斜視説明
図である。

【図5】ヨークレス磁気回路の他の構成を示す斜視説明
図である。

【符号の説明】

1 第一磁界発生部 2,6,14 永久磁石 3,5 ヨークレス磁気回路 4,7 空隙 10 第二磁界発生部 11 磁界発生空隙 12 板状継鉄 13 円柱状継鉄 14 永久磁石 15 突起 16 磁極片 17 傾斜磁界コイル

フロントページの続き (72)発明者青木雅昭大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号住友特殊金属株式会社山崎製作所内Ｆターム(参考） 4C096 AB32 AB42 AD08 CA05 CA07 CA16 CA24 CA58 CA70

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】所定方向に磁化された複数の永久磁石を
筒状に配置し、該筒状永久磁石内の空隙に所定方向の磁
界を形成するヨークレス磁気回路からなる第一磁界発生
部と、該第一磁界発生部の外側に少なくとも第一磁界発
生部を介して対向配置する一対の磁界発生手段を有する
第二磁界発生部を有する磁界発生装置。
【請求項2】前記第二磁界発生部が、第一磁界発生部
を介して対向配置する一対の永久磁石を配置する磁気回
路からなる請求項1記載の磁界発生装置。
【請求項3】前記一対の永久磁石の各々第一磁界発生
部対向面側に磁極片を配置した請求項2記載の磁界発生
装置。
【請求項4】前記第二磁界発生部が、第一磁界発生部
を介して対向配置する一対の電磁コイルからなる請求項
1記載の磁界発生装置。
【請求項5】前記第二磁界発生部が、第一磁界発生部
を介して対向配置する一対の永久磁石を配置する磁気回
路と一対の電磁コイルからなる請求項1記載の磁界発生
装置。
【請求項6】前記第一磁界発生部と第二磁界発生部と
の間に傾斜磁界コイルを配置する請求項1記載の磁界発
生装置。
【請求項7】前記第一磁界発生部にて形成する磁界強
度が0.5T以上であり、第二磁界発生部にて形成する磁界
強度が0.5T未満である請求項1記載の磁界発生装置。
【請求項8】前記第一磁界発生部にて形成する磁界強
度が1T以上であり、第二磁界発生部にて形成する磁界強
度が0.2T以下である請求項7記載の磁界発生装置。